Исследование напряженно-деформированного состояния зон усталостного разрушения радиальных пневматических шин

• Автор: Соколов, Сергей Леонидович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
1. Литературный обзор
1.1. Обзор методов расчета НДС радиальных шин
1.2. Обзор методов оценки усталостной прочности резиновой матрицы резинокордного композита
1.3. Обзор методов выбора конфигурации профиля радиальных шин
2. Метод расчета циклов изменения компонентов НДС в зонах усталостного разрушения радиальных шин при эксплуатационной нагрузке
2.1. Метод конечных элементов
2.2. Исследование влияния типов конечных элементов на НДС резинокордных образцов
2.3. Исследование влияния размеров и типов конечных элементов на НДС радиальных шин
3. Расчетный анализ НДС радиальных шин и зон их вероятного разрушения
4. Определение предела усталостной прочности резиновой матрицы резинокордного композита при различных типах НДС
5. Метода выбора конфигурации профиля радиальных шин с повышенной усталостной прочностью
Основные выводы
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Радиальные пневматические шины для легковых и грузовых автомобилей обладают неоспоримыми преимуществами по сравнению с диагональными, их удельный вес в общем объеме производства непрерывно увеличивается. Однако в их более сложной конструкции существуют зоны потенциальных разрушений, которые проявляются в процессе эксплуатации. Одним из основных видов отказов радиальных шин в эксплуатации, снижающих их доремонтный и полный ресурс, являются усталостные разрушения. Скрытые очаги усталостных разрушений, выявляемые в процессе восстановительного ремонта, снижают их ремонтопригодность, что также приводит к уменьшению полного ресурса шин.
В настоящее время в отечественной практике конструирования радиальных шин практически отсутствуют методы расчета усталостной прочности зон вероятного разрушения на стадии проектирования. Публикации зарубежных авторов по этому вопросу не выходят за рамки научных изысканий, что затрудняет использование предложенных в них теоретических положений при проектировании шин. Определяемые при проектировании радиальных шин статические запасы прочности нитей каркаса, брекера и проволочек бортового кольца при действии внутреннего давления не определяют действительную нагруженность материалов при качении шины и не являются характеристиками усталостной прочности резинокордного композита. Существующая методика расчета условной долговечности кромок брекера радиальных шин предназначена для расчетной оценки прочности на границе металлокорда брекера с резиной в этой зоне, усталостная прочность резиновой матрицы в зоне кромок не определяется.

Для определения усталостной прочности на стадии проектирования необходим расчет циклов изменения компонентов напряженно-деформированного состояния (НДС) для зон вероятного разрушения радиальных шин при эксплуатационной нагрузке. Существующие методики расчета напряженно-деформированного состояния радиальных шин недостаточно полно учитывают структуру шины, не позволяя рассчитать непосредственно вероятные зоны разрушения, усредняя величины деформаций по толщине шины или рассматривая только отдельные детали шины (например, прослойку «каркас-брекер» в применяемых в настоящее время методиках расчета радиальных шин как трехслойных оболочек).
Для резинокордных систем описаны критерии усталостной прочности только при двухосном НДС для покровной резины боковины и резинокордного слоя каркаса радиальных и диагональных шин, что затрудняет оценку усталостной прочности для общего случая трехосного НДС, наблюдающегося в местах разрушения радиальных шин.
Отсутствие рекомендаций по выбору конфигурации профилей радиальных шин с повышенной усталостной прочностью ограничивает возможности разработки перспективных радиальных шин с уменьшенным числом усталостных разрушений в эксплуатации.
В связи с этим актуальное значение приобретает разработка метода расчета усталостной прочности радиальных шин в зонах их вероятного разрушения на стадии проектирования и создание конструкций перспективных радиальных шин с повышенным ресурсом.

2.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТИПОВ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА НДС РЕЗИНОКОРДНЫХ ОБРАЗЦОВ
Приведены результаты исследований различных типов конечных элементов, на примере моделировании резинокордных образцов, с целью наиболее адекватного описания их поведения при различных типах нагрузок. Рассмотрено растяжение прямоугольного резинокордного образца с наклоном нитей корда под углом к оси растяжения образца и действие внутреннего давления на трехслойный цилиндрический образец конечной длины.
Проведены расчеты растяжения прямоугольного образца длиной 100мм, шириной 10мм, выполненного из резинокордного полотна, металлокордные нити которого расположены под углом 20° к оси образца (см. рис. 9а). Угол наклона нитей характерен для конструкций металлокордного брекера радиальных шин. Толщина образца составляла 0,5 мм, что соответствует диаметру нити корда. Растяжение осуществлялось на 10% от длины образца, что обеспечивает уровень деформаций его резиновой матрицы, соответствующий максимальным значениям деформаций в зонах вероятного разрушения радиальных шин (см. ниже). Модели образца для различных типов конечных элементов показаны на рис. 9б-9д. Длинная сторона модели, совпадающая с осью растяжения образца, ориентирована вдоль оси X глобальной системы координат. Короткая сторона модели ориентирована вдоль оси У. Ось Ъ направлена по нормали к плоскости расположения модели.
При моделировании резинокордной структуры сочетанием мембранных ортотропных и объемных изотропных элементов, а также сочетанием стержневых и объемных изотропных элементов резиновая матрица моделируется восьмиузловыми прямоугольными призмами (см. рис. 96, 9в).